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Stoßdämpfer, insbesondere Puffer für Eisenbahn-Fahrzeuge Die Erfindung
betrifft einen Stoßdämpfer, insbesondere Puffer für Eisenbahnfahrzeuge, -mit zwei
teleskopartig ineinander verschiebbaren hülsenförmigen Teilen, die eine mit Flüssigkeit
gefüllte Kammer bilden, welche über eine der durchfließenden Flüssigkeit einen Widerstand
entgegensetzende Vorrichtung mit einer zweiten Kammer verbunden ist, wobei eine
bewegbare Zwischenwand die zweite Kammer von einer mit Gas gefüllten dritten Kammer
trennt.
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Bei einem bekannten hydraulischen Puffer ist in der mit Flüssigkeit
gefüllten ersten Kammer eine Feder untergebracht, die neben der über den hydraulischen
Widerstand in die zweiteKammer drückbaren Flüssigkeit zur Aufnahme von Stößen dient.
Diese Feder führt nach dem Stoß den Puffer wieder in seine Ausgangslage zurück,
wobei die Flüssigkeit aus der zweiten Kammer in die erste Kammer zurückgesaugt wird.
Da die Flüssigkeit durch den hydraulischen Widerstand mit großer Geschwindigkeit
hindurchgedrückt wird und in der zweiten Kammer mit Luft in Berührung kommt, besteht
die Gefahr der Bildung von Schaum, der beim Zurücksaugen in die erste Kammer die
Wirksamkeit der hydraulischen Dämpfung mindert.
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Es ist auch schon ein Puffer vorgeschlagen worden, bei dem die erste
und die zweite Kammer über einen hydraulischen Widerstand in Form von Drosselstellen
miteinander verbunden sind und die zweite Kammer durch eine nachgiebige Wand von
einer dritten, mit Gas gefüllten Kammer getrennt ist. Hierbei muß der Druck in der
dritten Kammer verhältnismäßig hoch sein, damit bei länger dauerndem Schub der Puffer
nicht zu stark zusammengeschoben wird. In der Ruhelage des Puffers wirkt der verhältnismäßig
hohe Gasdruck in der dritten Kammer auf die beiden anderen mit Druckflüssigkeit
gefüllten und über Drosselstellen miteinander verbundenen Kammern ein, was eine
sorgfältig ausgebildete Abdichtung dieser- Kammern nach außen erforderlich macht.
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Durch die Erfindung sollen die angegebenen Nachteile vermieden werden.
Sie geht hierbei von der Aufgabe aus, die erste und die zweite Kammer in Abhängigkeit
von den vorliegenden Betriebsverhältnissen miteinander zu verbinden oder voneinander
zu trennen und mit einem möglichst geringen Gasdruck in der dritten Kammer auszukommen.
Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß der hydraulische Widerstand
von einem Überdruckventil gebildet wird, dessen öffnungsdruck ein Mehrfaches des
Gasdruckes in der dritten Kammer beträgt, und daß ein in umgekehrter Richtung wie
das Überdruckventil öffnendes Rückschlagventil die zweite Kammer mit der ersten
Kammer verbindet.
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In der Zeichnung ist ein Puffer als Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
dargestellt. Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt, Fig.2 einen Längsschnitt durch
einen in Fig.1 nicht geschnittenen Teil in größerem Maßstab.
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Auf einer Platte 1 ist mit seinem Flansch 2 ein Rohrstück
3 befestigt, in dem eine eine Pufferplatte 4
tragende Hülse 5 teleskopartig
verschiebbar gelagert ist. Ein an der Hülse 5 befestigter Federring
7 dient als Anschlag und stößt in der gezeichneten Lage an eine Anschlagschulter
8 im Rohrstück 3 an. Eine Bohrung 9 in diesem Rohrstück 3 verbindet
den von ihm und der Hülse 5 eingeschlossenen Raum 10 mit der Außenluft.
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Auf der Platte 1 ist außerdem mit seinem Flansch 14 ein schalenförmigerKörper
15 befestigt, der seinerseits eine mit ihm durch Schrauben verbundene innere
Hülse 16 trägt, deren Boden 17 ausschraubbar ist. Auf der Hülse 16
ist eine ebenfalls einen ausschraubbaren Boden 18 aufweisende äußere Hülse
19 verschiebbar gelagert. Zwischen dem Flansch 14 des schalenförmigen Körpers
15 und dem über die äußere Hülse 19 stehenden Rand des Bodens 18 ist
ein Gliederbalg 20 eingespannt, der jeweils zwischen starren Gliedern elastische
Glieder hat. Die beiden Endglieder des Gliederbalges 20 weisen an ihren inneren
Längsseiten Nuten 23 auf. Die dem Körper 15 benachbarten Nuten führen zu einer Ringnut
24 im Flansch 14 des schalenförmigen Körpers 15. Die Ringnut
24 ist über einen Kanal 25 mit der Innenseite des schalenförmigen Körpers 15 verbunden.
Von dem
Kanal 25 zweigt ein durch eine Schraube 26 verschlossener
Kanal 27 ab. In einer auf einem größeren Durchmesser liegenden Nut des Flansches
14 ist ein Dichtring 28 eingelegt.
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Von dem schalenförmigen Körper 15 und der inneren Hülse 16 wird eine
Kammer 29 eingeschlossen, in der eine von einem Kunststoffgeflecht 30 umgebene,
aus biegsamem und elastischem Werkstoff, beispielsweise Gummi, bestehende Blase
31 liegt, die eine Kammer 32 bildet. Die Blase 31 ist mit einem Einlaßventil
34 verbunden, das in eine in der Mitte des schalenförmigen Körpers 15 liegende Bohrung
eingeschraubt ist.
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In einer Bohrung 38 im Boden 17 der inneren Hülse 16 ist ein nach
außen in eine Kammer 39 sich öffnendes Rückschlagventil 40 untergebracht. Die Bohrung
38 mündet in die Kammer 39 und ist durch eine sich erweiternde Bohrung 41 mit der
Kammer 29 verbunden. Das Rückschlagventil 40 hat ein Schließglied 44, eine
Feder 45, einen Federteller 46 und einen Federring 47. Eine zwischen
den Bohrungen 38 und 41 vorgesehene Schulter 49, die in einer Ringnut einen Dichtring
50 aufnimmt, ist als Ventilsitz ausgebildet. Der Federring 47 verhindert ein Herausfallen
des Federtellers 46 aus der Bohrung 40. Zwischen dem Schließglied
44 und dem Federteller 46 ist die Feder 45 eingespannt, die das Schließglied 44
auf dem Ventilsitz zu halten sucht.
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In Bohrungen 53 im Boden 17, die jeweils über eine Bohrung 54 mit
der Kammer 39 verbunden sind, sind Überdruckventile, von denen nur das mit 55 bezeichnete
Ventil zusehen ist, eingeschraubt und gegenüber der Kammer 39 abgedichtet. Das überdruckventil
55 hat einen Ventilkörper 56 mit einem Ventilsitz 57 und eine zylindrische Führungsfläche
58 für ein Schließglied 59. Zwischen dem Ventilsitz 57 und der Führungsfläche 58
liegt ein Sammelraum 60, der über mehrere, nach außen sich erweiternde Bohrungen
63 mit der Kammer 29 verbunden ist. Auf dem vom Ventilsitz entfernt liegenden Ende
des Ventilkörpers 56 ist eine Hutmutter 64 aufgeschraubt. Zwischen dieser und dem
Schließglied 59 sind mehrere Tellerfedern 65 eingespannt, die bestrebt sind, das
Schließglied 59 gegen den Ventilsitz 57 zu drücken. Ein Ansatz 66 am Ende des Schließgliedes
59 dient als Anschlagglied, das durch Anstoßen an die Hutmutter 64 den Hub des Schließgliedes
59 begrenzt.
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Die Überdruckventile sind auf einen bestimmten Öffnungsdruck eingestellt,
der bei den einzelnen Ventilen von unterschiedlicher Größe sein kann. Hierbei ist
es zweckmäßig, bei dem Ventil mit dem kleineren Öffnungsdruck auch einen kleineren
maximalen Durchlaßquerschnitt vorzusehen.
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Für den Zusammenbau des Puffers wird die Hülse 5 in das Rohrstück
3 so weit eingeschoben, bis das von der Pufferplatte 4 entfernte Ende für die Befestigung
des Federringes 7 aus dem Rohrstück 3 herausragt. Nach Einlegen des Federringes
7 werden die Teile 3 und 5 auseinandergezogen, bis der Federring 7 an der Schulter
8 anschlägt. In der Hülse 5 wird dann die äußere Hülse 19 mit dem Boden 18 voraus
eingesetzt und diese Hülse mit einer bestimmten Menge Druckflüssigkeit gefüllt.
Beim nun folgenden Einschieben der inneren Hülse 16 in die äußere Hülse 19 muß die
in der Kammer 39 über der Druckflüssigkeit eingeschlossene Luft entweichen können.
Hierzu wird mit einem Stab von der offenen Seite der Hülse 16 aus das Rückschlagventil
40 geöffnet und so lange offengehalten, bis die Hülse 16 ihre vorgesehene Lage eingenommen
hat. Dies ist daran zu erkennen, daß aus dem Rückschlagventi140 Druckflüssigkeit
austritt. Nun wird die Kammer 29 mit einer bestimmten Menge der gleichen Druckflüssigkeit
gefüllt und die von Kunststoffgeflecht 30 eingeschlossene und mit dem schalenförmigen
Körper 15 verbundene Blase 31 eingesetzt. Der Körper 15 wird mit der inneren Hülse
16 verschraubt. Beim nun folgenden Füllen der Blase 31 mit Gas über das Ventil 34
kann die in der Kammer 29 verdrängte Luft zwischen der Blase und der inneren Hülse
16 entlang über die Kanäle 25 und 27 entweichen. Sobald Druckflüssigkeit aus der
Bohrung 27 austritt, wird der Verschlußschraube 26 eingeschraubt und die Bohrung
27 verschlossen. Nach dem Befestigen der Platte 1 auf dem Flansch 2 ist der Puffer
betriebsbereit.
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Der Fülldruck der Blase 31 beträgt im vorliegenden Beispiel 3 bis
4 atü. Das Kunststoffgeflecht 30 hindert die Blase, mit den Überdruckventilen in
Brührung zu kommen, wodurch die Gefahr einer Beschädigung gegeben wäre. Die Blase
wird jedoch im betriebsbereiten Puffer gewöhnlich einen kleineren Raum einnehmen
als das Kunststoffgeflecht zuläßt, da die Flüssigkeit in den Kammern 29 und 39 unter
einem bestimmten Druck stehen muß, der die beweglichen Pufferteile in einer Ruhelage
hält, solange der Puffer keine Stöße abzufangen hat.
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Der Öffnungsdruck des Rückschlagventils 40 ist kleiner als der Fülldruck
der Blase 31, so daß in der Kammer 39 stets mindestens der Fülldruck der Blase,
als ein ausreichender Druck vorhanden ist, um die äußere Hülse 19 und die Hülse
5 beim Fehlen einer äußeren Kraft auf die Pufferplatte 4 so weit zu verschieben,
daß der Federring 7 an der Anschlagschulter 8 am Rohrstück 3 anliegt, d. h. daß
die beweglichen Pufferteile ihre Ruhelage einnehmen.
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Der Öffnungsdruck der Überdruckventile beträgt ein Vielfaches des
Fülldruckes der Blase, im vorliegenden Beispiel etwa 120 atü. Wirkt also eine äußere
Kraft auf den Puffer, die den Druck in der Kammer 39 nicht über den Öffnungsdruck
der überdruckventile anwachsen läßt, beispielsweise bei reinem Schubbetrieb, so
bleiben die Überdruckventile 55 geschlossen und kein Druckmittel kann von der Kammer
39 in die Kammer 29 fließen, d. h. der Puffer wird nicht zusammengedrückt.
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Wirkt jedoch auf die Pufferplatte 4 bzw. auf den Boden 18 eine äußere
Kraft ein, die vor einem der Überdruckventile 55 einen höheren Druck als seinen
Öffnungsdruck entstehen läßt, so öffnet das entsprechende Ventil und läßt Druckflüssigkeit
von der Kammer 39 in die Kammer 29 überfließen. Hierdurch wird die Druckflüssigkeit
auf einen in der Kammer 29 sich einstellenden resultierenden niedrigeren Druck entspannt.
Die beim Hindurchpressen der Druckflüssigkeit durch das Überdruckventil entstehende
Wärme wird durch die verhältnismäßig großen Massen des Puffers aufgenommen und durch
seine verhältnismäßig großen Flächen rasch wieder abgegeben. Da die Stöße auf den
Puffer nicht schnell hintereinander folgen, ist die Erwärmung der Druckflüssigkeit
nicht so groß, daß die in der Druckflüssigkeit herrschende Temperatur einen nachteiligen
Einfluß auf die Blase 31 ausüben könnte. Die durch den Ventilsitz des Überdruckventils
getretene Druckflüssigkeit gelangt in den Sammelraum 60 und fließt aus den sich
erweiternden Bohrungen 63 mit langsamer werdenderGeschwindigkeit
aus.
Durch die in die Kammer 29 fließende Druckflüssigkeit wird dieBlase31 zusammengedrückt,
wodurch der Druck in der Blase etwa bis auf das Vierfache ihres Fülldruckes ansteigen
kann.
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Sinkt am Ende des Stoßvorgangs der Druck in der Kammer 39 unter den
Schließdruck der überdruckventile 55, so werden diese geschlossen. Das Rückschlagventi140
öffnet erst, wenn der Druck in der Kammer 39 so weit unter den Druck in der Kammer
29 gesunken ist, daß der Druckunterschied dem öffnungsdruck dieses Ventils entspricht.
Dann wird unter dem in der Blase 31 herrschenden Druck des Gases ein Teil der in
der Kammer 29 befindlichen Druckflüssigkeit in die Kammer 39 gedrückt, wobei die
äußere Hülse 19 und die Hülse 5 wieder in ihre Ruhelage verschoben werden.
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Die von einem Stoß auf die Pufferplatte 4 in der Kammer 39 erzeugte
Druckwelle pflanzt sich bis vor die überdruckventile 55 fort, und zwar werden entsprechend
der Kontinuitätsgleichung die Geschwindigkeits- und die Druckamplituden in der Bohrung
54 entsprechend dem Verhältnis der Durchmesser der Kammer 39 und der Bohrung 54
vergrößert. Dadurch wird vor dem Überdruckventil 55 schon bei verhältnismäßig schwachen
Stößen bereits eine dem Öffnungsdruck entsprechende Druckamplitude erzeugt, obwohl
die Größe der Amplitude der die Kammer 39 durcheilenden Druckwelle diesen Druck
noch nicht erreicht hat.
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Die vorstehend vereinfacht dargestellten Vorgänge ermöglichen es,
durch verschieden lange und/oder verschieden weit ausgebildete Zuflußkanäle eine
unterschiedliche Übersetzung der Druckamplituden zu erhalten, so daß bei gleichem
Öffnungsdruck der überdruckventile diese bei unterschiedlicher Amplitude der Druckwelle
in der Kammer 39 öffnen. Der Druck in der zweiten und dritten Kammer 29 und 32 steigt
dadurch nicht zu rasch an, und die Blase 31 wird weniger beansprucht.